Какие конечные продукты распада белков жиров и углеводов

Обмен веществ начинается с поступления питательных веществ в желудочно-кишечный
тракт и воздуха в легкие.

Первым этапом обмена веществ являются ферментативные процессы
расщепления белков, жиров и углеводов до растворимых в воде аминокислот,
моно- и дисахаридов, глицерина, жирных кислот и других соединений,
происходящие в различных отделах желудочно-кишечного тракта, а также
всасывание этих веществ в кровь и лимфу.

Вторым этапом обмена являются транспорт питательных веществ и
кислорода кровью к тканям и те сложные химические превращения веществ,
которые происходят в клетках. В них одновременно осуществляются
расщепление питательных веществ до конечных продуктов метаболизма,
синтез ферментов, гормонов, составных частей цитоплазмы. Расщепление
веществ сопровождается выделением энергии, которая используется
для процессов синтеза и обеспечения работы каждого органа и организма
в целом.

Третьим этапом является удаление конечных продуктов распада из
клеток, их транспорт и выделение почками, легкими, потовыми железами
и кишечником.

Превращение белков, жиров, углеводов, минеральных веществ и воды
происходит в тесном взаимодействии друг с другом. В метаболизме
каждого из них имеются свои особенности, а физиологическое значение
их различно, поэтому обмен каждого из этих веществ принято рассматривать
отдельно.

Обмен белков

Белки используются в организме в первую очередь в качестве пластических
материалов. Потребность в белке определяется тем его минимальным
количеством, которое будет уравновешивать его потери организмом.
Белки находятся в состоянии непрерывного обмена и обновления. В
организме здорового взрослого человека количество распавшегося за
сутки белка равно количеству вновь синтезированного. Десять аминокислот
из 20 (валин, лейцин, изолейцин, лизин, метионин, триптофан, треонин,
фенилаланин, аргинин и гистидин) в случае их недостаточного поступления
с пищей не могут быть синтезированы в организме и называются незаменимыми.
Другие десять аминокислот (заменимые) могут синтезироваться в организме.

Из аминокислот, полученных в процессе пищеварения, синтезируются
специфические для данного вида, организма и для каждого органа белки.
Часть аминокислот используются как энергетический материал, т.е.
подвергаются расщеплению. Сначала они дезаминируются – теряют группу
Nh3 в результате образуются аммиак и кетокислоты. Аммиак является
токсическим веществом и обезвреживается в печени путем превращения
в мочевину. Кетокислоты после ряда превращений распадаются на СО2
и Н2О.

Скорость распада и обновления белков организма различна – от нескольких
минут до 180 суток (в среднем 80 суток). О количестве белка, подвергшегося
распаду за сутки, судят по количеству азота, выводимого из организма
человека. В 100 г белка содержится 16 г азота. Таким образом, выделение
организмом 1 г азота соответствует распаду 6,25 г белка. За сутки
из организма взрослого человека выделяется около 3,7 г азота, т.е.
масса разрушившегося белка составляет 3,7 х 6,25 = 23 г, или 0,028-0,075
г азота на 1 кг массы тела в сутки (коэффициент изнашивания Рубнера).

Если количество азота, поступающего в организм с пищей, равно количеству
азота, выводимого из организма, то организм находится в состоянии
азотистого равновесия.

Если в организм поступает азота больше, чем выделяется, то это
свидетельствует о положительном азотистом балансе (ретенция азота).
Он возникает при увеличении массы мышечной ткани (интенсивные физические
нагрузки), в период роста организма, беременности, во время выздоровления
после тяжелого заболевания. Состояние, при котором количество выводимого
из организма азота превышает его поступление в организм, называют
отрицательным азотистым балансом. Оно возникает при питании неполноценными
белками, когда в организм не поступают какие-либо из незаменимых
аминокислот, при белковом или полном голодании.

Необходимо потребление не менее 0,75 г белка на 1 кг массы тела
в сутки, что для взрослого здорового человека массой 70 кг составляет
не менее 52,5 г полноценного белка. Для надежной стабильности азотистого
баланса рекомендуется принимать с пищей 85 – 90 г белка в сутки.
У детей, беременных и кормящих женщин эти нормы должны быть выше.
Физиологическое значение в данном случае означает, что белки в основном
выполняют пластическую функцию, а углеводы – энергетическую.

Обмен жиров (липидов)

Липиды являются сложными эфирами глицерина и высших жирных кислот.
Жирные кислоты бывают насыщенными и ненасыщенными (содержащими одну
и более двойных связей). Липиды играют в организме энергетическую
и пластическую роль. За счет окисления жиров обеспечивается около
50% потребности в энергии взрослого организма. Жиры служат резервом
питания организма, их запасы у человека в среднем составляют 10
– 20% от массы тела. Из них около половины находятся в подкожной
жировой клетчатке, значительное количество откладывается в большом
сальнике, околопочечной клетчатке и между мышцами.

В состоянии голода, при действии на организм холода, при физической
или психоэмоциональной нагрузке происходит интенсивное расщепление
запасенных жиров. В условиях покоя после приема пищи происходит
ресинтез и отложение липидов в депо. Главную энергетическую роль
играют нейтральные жиры – триглицериды, а пластическую осуществляют
фосфолипиды, холестерин и жирные кислоты, которые выполняют функции
структурных компонентов клеточных мембран, входят в состав липопротеидов,
являются предшественниками стероидных гормонов, желчных кислот и
простагландинов.

Липидные молекулы, всосавшиеся из кишечника, упаковываются в эпителиоцитах
в транспортные частицы (хиломикроны), которые через лимфатические
сосуды поступают в кровоток. Под действием липопротеидлипазы эндотелия
капилляров главный компонент хиломикронов – нейтральные триглицериды
– расщепляются до глицерина и свободных жирных кислот. Часть жирных
кислот может связываться с альбумином, а глицерин и свободные жирные
кислоты поступают в жировые клетки и превращаются в триглицериды.
Остатки хиломикронов крови захватываются гепатоцитами, подвергаются
эндоцитозу и разрушаются в лизосомах.

В печени формируются липопротеиды для транспорта синтезированных
в ней липидных молекул. Это липопротеиды очень низкой и липопротеиды
низкой плотности, которые транспортируют из печени к другим тканям
триглицериды, холестерин. Липопротеиды низкой плотности захватываются
из крови клетками тканей с помощью липопротеидных рецепторов, эндоцитируются,
высвобождают для нужд клеток холестерин и разрушаются в лизосомах.
В случае избыточного накопления в крови липопротеидов низкой плотности,
они захватываются макрофагами и другими лейкоцитами. Эти клетки,
накапливая метаболически низкоактивные эфиры холестерина, становятся
одними из компонентов атеросклеротических бляшек сосудов.

Липопротеиды высокой плотности транспортируют избыточный холестерин
и его эфиры из тканей в печень, где они превращается в желчные кислоты,
которые выводятся из организма. Кроме того, липопротеиды высокой
плотности используются для синтеза стероидных гормонов в надпочечниках.

Как простые, так и сложные липидные молекулы могут синтезироваться
в организме, за исключением ненасыщенных линолевой, линоленовой
и арахидоновой жирных кислот, которые должны поступать с пищей.
Эти незаменимые кислоты входят в состав молекул фосфолипидов. Из
арахидоновой кислоты образуются простагландины, простациклины, тромбоксаны,
лейкотриены. Отсутствие или недостаточное поступление в организм
незаменимых жирных кислот приводит к задержке роста, нарушению функции
почек, заболеваниям кожи, бесплодию. Биологическая юность пищевых
липидов определяется наличием в них незаменимыx жирных кислот и
их усвояемостью. Сливочное масло и свиной жир усваиваются на 93
– 98%, говяжий – на 80 – 94%, подсолнечное масло – на 86- 90%, маргарин
– на 94-98%.

Обмен углеводов

Углеводы являются основным источником энергии, а также выполняют
в организме пластические функции, в ходе окисления глюкозы образуются
промежуточные продукты – пентозы, которые входят в состав нуклеотидов
и нуклеиновых кислот. Глюкоза необходима для синтеза некоторых аминокислот,
синтеза и окисления липидов, полисахаридов. Организм человека получает
углеводы главным образом в виде растительного полисахарида крахмала
и в небольшом количестве в виде животного полисахарида гликогена.
В желудочно-кишечном тракте осуществляется их расщепление до уровня
моносахаридов (глюкозы, фруктозы, лактозы, галактозы).

Моносахариды, основным из которых является глюкоза, всасываются
в кровь и через воротную вену поступают в печень. Здесь фруктоза
и галактоза превращаются в глюкозу. Внутриклеточная концентрация
глюкозы в гепатоцитах близка к ее концентрации в крови. При избыточном
поступлении в печень глюкозы она фосфорилируется и превращается
в резервную форму ее хранения – гликоген. Количество гликогена может
составлять у взрослого человека 150-200 г. В случае ограничения
потребления пищи, при снижении уровня глюкозы в крови происходит
расщепление гликогена и поступление глюкозы в кровь.

В течение первых 12 часов и более после приема пищи поддержание
концентрации глюкозы крови обеспечивается за счет распада гликогена
в печени. После истощения запасов гликогена усиливается синтез ферментов,
обеспечивающих реакции глюконеогенеза – синтеза глюкозы из лактата
или аминокислот. В среднем за сутки человек потребляет 400-500 г
углеводов, из которых обычно 350 – 400 г составляет крахмал, а 50
– 100 r – моно- и дисахариды. Избыток углеводов депонируется в виде
жира.

Обмен воды и минеральных веществ

Содержание воды в организме взрослого человека составляет в среднем
73,2±3% от массы тела. Водный баланс в организме поддерживается
за счет равенства объемов потерь воды и ее поступления в организм.
Суточная потребность в воде колеблется от 21 до 43 мл/кг (в среднем
2400 мл) и удовлетворяется за счет поступления воды при питье (~1200
мл), с пищей (~900 мл) и воды, образующейся в организме в ходе обменных
процессов (эндогенной воды (~300 мл). Такое же количество воды выводится
в составе мочи (~1400 мл), кала (~100 мл), посредством испарения
с поверхности кожи и дыхательных путей (~900 мл).

Потребность организма в воде зависит от характера питания. При
питании преимущественно углеводной и жирной пищей и при небольшом
поступлении NaCI потребности в воде меньше. Пища, богатая белками,
а также повышенный прием соли обусловливают большую потребность
в воде, которая необходима для экскреции осмотически активных веществ
(мочевины и минеральных ионов). Недостаточное поступление в организм
воды или ее избыточная потеря приводят к дегидратации, что сопровождается
сгущением крови, ухудшением ее реологических свойств и нарушением
гемодинамики.

Недостаток в организме воды в объеме 20% от массы тела ведет к
летальному исходу. Избыточное поступление воды в организм или снижение
ее объемов, выводимых организма, приводит к водной интоксикации.
В результате повышенной чувствительности нервных клеток и нервных
центров к уменьшению осмолярности водная интоксикация может сопровождаться
мышечными судорогами.

Обмен воды и минеральных ионов в организме тесно взаимосвязаны,
что обусловлено необходимостью поддержания осмотического давления
на относительно постоянном уровне во внеклеточной среде и в клетках.
Осуществление ряда физиологических процессов (возбуждения, синоптической
передачи, сокращения мышцы) невозможно без поддержания в клетке
и во внеклеточной среде определенной концентрации Na+, K+, Са2+
и других минеральных ионов. Все они должны поступать в организм
с пищей.

[ Определение уровня метаболизма. Основной обмен | Теоретические основы питания. Калорийность пищевого рациона
]

Смотрите также:

У нас также читают:

Обмен веществ в организме. Пластическая и энергетическая роль питательных веществ

Постоянный обмен веществ и энергии между организмом и окружающей средой является необходимым условием его существования и отражает их единство. Сущность этого обмена заключается в том, что поступающие в организм питательные вещества после пищеварительных превращений используются как пластический материал. Энергия, образующаяся при этих превращениях восполняет энергозатраты организма.

Синтез сложных специфичных веществ организма из простых соединений, всасывающихся в кровь из пищеварительного канала, называется ассимиляцией или анаболизмом. Распад веществ организма до конечных продуктов, сопровождающийся выделением энергии называется диссимиляцией или катаболизмом. Два этих процесса неразрывно связаны. Ассимиляция обеспечивает аккумуляцию энергии, а энергия выделяющаяся при диссимиляции необходима для синтеза веществ. Анаболизм и катаболизм объединены в единый процесс с помощью АТФ и НАДФ. С их помощью энергия образующаяся в результате диссимиляции передается для процессов ассимиляции.

Белки в основном являются пластическим материалом. Они входят в состав клеточных мембран, органелл. Белковые молекулы постоянно обновляются. Но это обновление происходит не только за счет белков пищи, но и посредством реутилизации собственных белков организма. Из 20 аминокислот, образующих белки 10 являются незаменимыми. Т.е. не могут образовываться в организме. Конечными продуктами распада белков являются такие азотсодержащие соединения, как мочевина, мочевая кислота, креатинин.

Состояние белкового обмена оценивается по азотистому балансу. Это соотношение количества азота поступающего с белками пищи и выделенного из организма с азотсодержащими продуктами обмена. В белке содержится около 16 г азота. Следовательно выделение 1 г азота свидетельствует о распаде в организме 6,25 г белка. Если количество выделяемого азота равно количеству поглощенного организмом имеет место азотистое равновесие. Если поступившего азота больше, чем выделенного, это называется положительным азотистым балансом. В организме происходит задержка или ретенция азота. Положительный азотистый баланс наблюдается при росте организма, при выздоровлении после тяжелых заболевания, сопровождавшихся похуданием и после длительного голодания. Когда количество азота, выделенного организмом больше, чем поступившего, имеет место отрицательный азотистый баланс. Его возникновение объясняется распадом собственных белков организма. Он возникает при голодании, отсутствии в пище незаменимых аминокислот, нарушениях переваривания и всасывания белка, тяжелых заболеваниях. Количество белка которое полностью обеспечивает потребности организма называется белковым оптимумом. Минимальное, обеспечивающее лишь сохранение азотистого баланса – белковым минимумом. ВОЗ рекомендует потребление белка не менее 0,75 г на кг веса в сутки. Энергетическая роль белков относительно небольшая.

Жирами организма являются триглицериды, фосфолипиды и стерины. Они также имеют определенную пластическую роль, так как фосфолипиды, холестерин, жирные кислоты входят в состав клеточных мембран и органелл. Основная их роль энергетическая. При окислении липидов выделяется наибольшее количество энергии, поэтому около половины энергозатрат организма обеспечивается липидами. Кроме того, они являются аккумулятором энергии в организме потому что откладываются в жировых депо и используются по мере необходимости. Жир депо составляют около 15% веса тела. Покрывая внутренние органы жировая ткань выполняет и пластическую функцию. Например околопочечный жир способствует фиксации почек и предохранению их от механических воздействий. Липиды являются источниками воды, потому что при окислении 100 г жира образуется около 100 г воды. Особую функцию выполняет бурый жир, располагающийся вдоль крупных сосудов. Содержащийся в его жировых клетках полипептид тормозит ресинтез АТФ за счет липидов. В результате резко усиливается теплопродукция. Большое значение имеют незаменимые жирные кислоты – линолевая, линоленовая и арахидоновая. Они не образуются в организме. Без них невозможен синтез фосфолипидов клеток, образование простагландинов и т.д. При их отсутствии задерживается рост и развитие организма.

Углеводы в основном играют энергетическую роль, т.к. служат основным источником энергии для клеток. Потребности нейронов покрываются исключительно глюкозой. Углеводы аккумулируются в виде гликогена в печени и мышцах. Углеводы имеют определенное пластическое значение. Глюкоза необходима для образования нуклеотидов и синтеза некоторых аминокислот.

Методы измерения энергетического баланса организма

Соотношение между количеством энергии, поступившей в организм с пищей, и энергии, выделенной организмом во внешнюю среду называется энергетическим балансом организма. Существует 2 метода определения выделяемой организмом энергии.

1. Прямая калориметрия. Принцип прямой калориметрии основан на том, что все виды энергии в конечном итоге переходят в тепловую. Поэтому при прямой калориметрии определяют количество тепла выделяемого организмом в окружающую среду за единицу времени. Для этого используют специальные камеры с хорошей теплоизоляцией и системой теплоообменных труб, в которых циркулирует и нагревается вода.
2. Непрямая калориметрия. Она заключается в определении соотношения выделенного углекислого газа и поглощенного кислорода за единицу времени. Т.е. полном газовом анализе. Это соотношение называется дыхательным коэффициентом (ДК).

Величина дыхательного коэффициента определяется тем, какое вещество окисляется в клетках организма. Например в молекуле углеводов атомов кислорода много, Поэтому на их окисление кислорода идет меньше и их дыхательный коэффициент равен 1. В молекуле липидов кислорода значительно меньше, поэтому дыхательный коэффициент при их окислении 0,7. Дыхательный коэффициент белков 0,8. При смешанном питании его величина 0,85-0,9. Дыхательный коэффициент становится больше 1 при тяжелой физической работе, ацидозе, гипервентиляции и преобразовании в организме углеводов в жиры. Меньше 0,7 он бывает при переходе жиров в углеводы. Исходя из дыхательного коэффициента рассчитывается калорический эквивалент кислорода, т.е. количество энергии выделяемой организмом при потреблении 1 л кислорода. Его величина также зависит от характера окисляемых веществ. Для углеводов он составляет 5 ккал, белков 4,5 ккал, жиров 4,7 ккал. Непрямая калориметрия в клинике производится с помощью аппаратов “Метатест-2”, “Спиролит”.

Величина поступившей в организм энергии определяется количеством и энергетической ценностью пищевых веществ. Их энергетическую ценность определяют путем сжигания в бомбе Бертло в атмосфере чистого кислорода. Таким путем получают физический калорический коэффициент. Для белков он равен 5,8 ккал/г, углеводов 4,1 ккал/г, жиров 9,3 ккал/г. Для расчетов используют физиологический калорический коэффициент. Для углеводов и жиров он соответствует физическому, а для белков составляет 4,1 ккал/г. Его меньшая величина для белков объясняется тем, что в организме они расщепляются не до углекислого газа и воды, а да азотсодержащих продуктов.

Основной обмен

Количество энергии, которое затрачивается организмом на выполнение жизненно важных функций называется основным обменом. Это затраты энергии на поддержание постоянства температуры тела, работу внутренних органов, нервной системы, желез. Основной обмен измеряется методами прямой и непрямой калориметрии при базисных условиях, т.е. лежа с расслабленными мышцами, при температуре комфорта, натощак. Согласно закону поверхности, сформулированному в 19 веке Рубнером и Рише, величина основного прямопропорциональна площади поверхности тела. Это связано с тем, что наибольшее количество энергии тратится на поддержание постоянства температуры тела. Помимо этого на величину основного обмена влияют пол, возраст, условия окружающей среды, характер питания, состояние желез внутренней секреции, нервной системы. У мужчин основной обмен на 10% больше, чем у женщин. У детей его величина относительно веса тела больше, чем в зрелом возрасте, а у пожилых наоборот меньше. В холодном климате или зимой он возрастает, летом снижается. При гипертиреозе он значительно увеличивается, а гипотиреозе снижается. В среднем величина основного обмена у мужчин 1700 ккал/сут., а у женщин 1550.

Общий обмен энергии

Общий обмен энергии это сумма основного обмена, рабочей прибавки и энергии специфически-динамического действия пищи. Рабочая прибавка это энергетические затраты на физическую и умственную работу. По характеру производственной деятельности и энергозатратам выделяют следующие группы работающих:

1. Лица умственного труда (преподаватели, студенты, врачи и т.д.). Их энергозатраты 2200-3300 ккал/сут.
2. Работники занятые механизированным трудом (сборщики на конвейере). 2350-3500 ккал/сут.
3. Лица занятые частично механизированным трудом (шофера). 2500-3700 ккал/сут.
4. Занятые тяжелым немеханизированным трудом (грузчики). 2900-4200 ккал/сут. Специфически-динамическое действие пищи это энергозатраты на усвоение питательных веществ. Наиболее выражено это действие у белков, меньше у жиров и углеводов. В частности белки повышают энергетический обмен на 30%, а жиры и углеводы на 15%.

Физиологические основы питания. Режимы питания

В зависимости от возраста, пола, профессии потребление белков, жиров и углеводов должно составлять: у мужчин I-IV групп Б: 96-108 г, Ж: 90-120 г, У: 382-552 г; у женщин I-IV групп Б: 82-92 г, Ж: 77-102 г, У: 303-444 г.

В прошлом веке Рубнер сформулировал закон изодинамии, согласно которому пищевые вещества могут взаимозаменяться по своей энергетической ценности. Однако он имеет относительное значение, так как белки, выполняющие пластическую роль, не могут синтезироваться из других веществ. Это же касается незаменимых жирных кислот. Поэтому требуется питание сбалансированное по всем питательным веществам. Кроме того необходимо учитывать усвояемость пищи. Это соотношение всосавшихся и выделившихся с калом питательных веществ. Наиболее легко усваиваются животные продукты. Поэтому животный белок должен составлять не менее 50% суточного белкового рациона, а жиры не более 70% жирового.

Под режимом питания подразумевается кратность приема пищи и распределение ее калорийности на каждый прием. При трехразовом питании на завтрак должно приходится 30% калорийности суточного рациона, обед 50%, ужин 20%. При более физиологичном четырехразовом, на завтрак 30%, обед 40%, полдник 10%, ужин 20%. Интервал между завтраком и обедом не более 5 часов, а ужин должен быть не менее чем за 3 часа до сна. Часы приема пищи должны быть постоянными.

Обмен воды и минеральных веществ

Содержание воды в организме в среднем 73%. Водный баланс организма поддерживается путем равенства потребляемой и выделяемой воды. Суточная потребность в воде составляет 20-40 мл/кг веса. С жидкостями поступает около 1200 мл воды, пищей 900 мл и 300 мл образуется в процессе окисления питательных веществ. Минимальная потребность в воде составляет 1700 мл. При недостатке воды наступает дегидратация и если ее количество в организме снижается на 20% наступает смерть. Избыток воды сопровождается водной интоксикацией с возбуждением ЦНС и судорогами.

Натрий, калий, кальций, хлор необходимы для нормального функционирования всех клеток, в частности обеспечения механизмов формирования мембранного потенциала и потенциалов действия. Суточная потребность в натрии и калии 2-3 г, кальции 0,8 г, хлоре 3-5 г. Большое количество кальция находится в костях. Кроме того он нужен для свертывания крови, регуляции клеточного метаболизма. Основная масса фосфора также сосредоточена в костях. Одновременно входит а состав фосфолипидов мембран, участвует в процессах метаболизма. Суточная потребность в нем 0,8 г. Большая часть железа содержится в гемоглобине и миоглобине. Оно обеспечивает связывание кислорода. Фтор входит в состав эмали зубов. Сера в состав белков и витаминов. Цинк является компонентом ряда ферментов. Кобальт и медь необходимы для эритропоэза. Потребность во всех этих микроэлементах от десятков до сотен мг в сутки.

Регуляция обмена веществ и энергии

Высшие нервные центры регуляции энергетического обмена и обмена веществ находятся в гипоталамусе. Они влияют на эти процессы через вегетативную нервную систему и гипоталамо-гипофизарную систему. Симпатический отдел ВНС стимулирует процессы диссимиляции, парасимпатический ассимиляцию. В нем же находятся центры регуляции водно-солевого обмена. Но главная роль в регуляции этих базисных процессов принадлежит железам внутренней секреции. В частности инсулин и глюкагон регулируют углеводный и жировой обмены. Причем инсулин тормозит выход жира из депо. Глюкокортикоиды надпочечников стимулируют распад белков. Соматотропин наоборот усиливает синтез белка. Минералокортикоиды натрий-калиевый. Основная роль в регуляции энергетического обмена принадлежит тиреоидным гормонам. Они резко усиливают его. Они же главные регуляторы белкового обмена. Значительно повышает энергетический обмен и адреналин. Большое его количество выделяется при голодании.